CN115653085A - 可拆卸装配式混凝土框架结构体系 - Google Patents
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Abstract
本发明提出装配式混凝土框架结构体系,包括带梁端混凝土柱、预制混凝土梁、空心的楼板,可更换耗能装置;可更换耗能装置两端固定在带梁端混凝土柱、预制混凝土梁之间;可更换耗能装置包括开孔H型钢,开孔H型钢的两端分别固定连接竖直的端板;开孔H型钢的上、下翼缘分别设有水平的哑铃型钢板;哑铃型钢板中间部分窄、两端宽,哑铃型钢板的两端与预制混凝土梁上下第一螺纹套筒连接;哑铃型钢板的中间部分内侧面位于开孔H型钢处,中间部分两边分别填充有填充板,中间部分的外侧面设有约束板。本发明实现了装配式混凝土框架结构梁柱节点的震后可恢复功能,节省了结构震后修复时间,减少了装配式混凝土框架结构地震损失。
Description
技术领域
本发明提供一种可拆卸装配式混凝土框架结构体系,属于建筑技术领域。
背景技术
强烈地震作为一种自然灾害,是土木工程结构物安全性能可能受到的最大威胁之一,其发生具有瞬时性与不确定性。历次特大地震的灾害调查表明,建筑物、工程设施在地震中发生破坏或倒塌是造成人员伤亡和经济损失的主要原因。对于传统的抗震设计理念,主要注重提高结构的抗震性能和保护人们的生命安全,忽略了震后结构的修复成本和功能的可恢复性。地震过后,损伤严重的构件修复困难或者修复成本较高,只能重建,既会造成资源的浪费,也会造成巨大损失。为了保证建筑结构功能的快速恢复,具有可恢复功能的建筑结构被提出。包括摇摆结构、自复位结构、带可更换构件的结构和复合自复位结构体系。其中,带可更换耗能构件的可恢复功能结构由于具有较强的可更换性,得到越来越多的关注与研究。这种结构将损伤集中于可更换构件上,保证主体结构处于弹性状态或低损伤,地震作用后只需更换耗能构件即可实现建筑功能的快速恢复。
目前,国内外所提出的可更换结构体系主要有以下一些缺陷:
1、现有的体系几乎只提出了梁柱构件的连接方式,并未提出楼板与梁柱的连接方式;
2、现有体系中大多采用了钢结构,钢结构的后期维护不如混凝土结构方便,且体系不具备可拆卸和重新组装功能;
3、现有体系的预制柱间的连接有的使用高强预应力,预应力技术较为复杂,对技术工人的水平要求高,一般工人不能胜任;
4、现有体系大多只是提出了可更换耗能构件的放置位置,并未提出可更换耗能构件与非屈曲部分的连接方式;
5、现有较多体系的柱和非屈服段不具备可更换性,体系不具备可拆卸和重新组装功能;
6、现有较多体系的预制柱间的连接,是采用的在上下柱间的节点核心区现场二次浇筑混凝土,影响施工效率,不符合建筑工业化和绿色低碳的要求且又需要预埋型钢,节点核心区域连接较为复杂。
CN201720807170.X所提出的钢-混凝土混合框架可更换结构体系,包括主框架和次框架,所述主框架包括钢筋混凝土柱和与次框架共用的共用钢柱以及连接在两者之间的组合梁或钢梁,三者共同构成的钢-混凝土混合框架;次框架包括钢柱和与主框架共用的共用钢柱以及连接在两者之间的框架钢梁,三者共同构成的钢框架;连接在主框架钢筋混凝土柱与次框架共用的共用钢柱之间的组合梁或钢梁为不可更换梁,分别通过梁柱外节点和梁柱内节点连接;连接在钢柱与主框架共用的共用钢柱之间的框架钢梁为可更换梁,通过次框架梁柱节点连接;主框架的钢筋混凝土柱和与次框架共用的共用钢柱以及次框架的钢柱底部通过柱脚与基础连接。
该现有技术存在以下的缺点:
1、提出的结构体系为钢和混凝土的混合体系,钢结构的后期维护不如混凝土结构方便,且体系不具备可拆卸和重新组装功能。
2、只有次框架中的框架钢梁可更换,其余部分不可更换。
3、提出的体系只有梁柱构件的连接方式,并未提出楼板与梁柱的连接方式。
CN201510066506.7提供一种可恢复功能框架-支撑结构体系,主要由框架柱、框架梁、倒V形支撑、自复位耗能隅撑、高强预应力拉索和阻尼器组成,框架梁由可更换耗能构件和非屈服段组成,倒V形支撑的上端安装在可更换耗能构件的两侧,下端安装在梁柱节点,自复位耗能隅撑安装在每层框架顶部的角部位置,框架柱和基础之间断开,高强预应力拉索的上端铀固在框架柱,下端铀固在基础,框架柱和基础之间设置阻尼器。
该现有技术存在以下的缺点:
1、柱中使用高强预应力,预应力技术较为复杂,对技术工人的水平要求高,一般工人不能胜任。
2、只是提出了可更换耗能构件,并未提出可更换耗能构件与非屈曲部分的连接方式。
3、只有可更换耗能构件、倒V形支撑和自复位耗能隅撑具有可更性,柱和非屈服段不具备可更换性,体系不具备可拆卸和重新组装功能。
4、未提出楼板与梁柱的连接方式。
CN202111419262.8提供一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系,包括预制混凝土柱和预制混凝土梁,上下相邻两预制混凝土柱之间经现场灌浆的节点核心区相连接,所述节点核心区的外侧焊接有核心区型钢,所述预制混凝土梁的端部预埋有预制梁型钢,所述预制梁型钢经可更换梁柱连接节点与核心区型钢相连接。
该现有技术存在以下的缺点:
1、只提供了梁柱的连接方式,未提出楼板与梁柱的连接方式;
2、上下柱间的节点核心区需要现场二次浇筑混凝土,影响施工效率,不符合建筑工业化和绿色低碳的要求;
3、梁柱节点核心区既需要现场二次浇筑,又需要预埋型钢,节点核心区域连接较为复杂。
4、只有可更换耗能件和梁具备可更换性,柱不可更换,体系不具备可拆卸和重新组装功能。
发明内容
针对上述问题,本发明提出带可更换耗能构件的梁柱连接,再提出预制柱之间的干式连接以及预制梁与预制楼板的干式连接,从而形成带可更换耗能装置的结构体系。该体系梁柱之间采用可更换耗能装置进行连接,包括开孔的H型钢和上下金属阻尼器;柱的端部侧面预埋螺纹套筒,上下柱通过钢板螺栓与预埋螺纹套筒实现连接;楼板与楼板,楼板与梁之间也采用螺栓连接。由此实现该体系全螺栓连接,可拆卸更换,便于震后快速修复。传统的抗震结构形式和抗震设计理论已经不能完全满足现代社会的发展需求。因此,研制开发一种可拆卸装配式混凝土框架结构体系,对于有效减轻地震灾害、保障社会经济可持续发展具有重要的现实意义。
本发明要解决以下六个技术问题:
1、现有技术一、技术二、技术三提出的体系只有梁柱构件的连接方式,并未提出楼板与梁柱的连接方式;
2、现有技术一中采用了钢结构,钢结构的后期维护不如混凝土结构方便,且体系不具备可拆卸和重新组装功能;
3、现有技术二在柱中使用高强预应力,预应力技术较为复杂,对技术工人的水平要求高,一般工人不能胜任;
4、现有技术二只是提出了可更换耗能构件的放置位置,并未提出可更换耗能构件与非屈曲部分的连接方式;
5、现有技术二、技术三柱和非屈服段不具备可更换性,体系不具备可拆卸和重新组装功能;
6、现有技术三在上下柱间的节点核心区需要现场二次浇筑混凝土,影响施工效率,不符合建筑工业化和绿色低碳的要求且又需要预埋型钢,节点核心区域连接较为复杂。
本发明提供的技术方案为:
装配式混凝土框架结构体系,包括带梁端混凝土柱、预制混凝土梁、空心的楼板,可更换耗能装置;
可更换耗能装置两端固定在带梁端混凝土柱、预制混凝土梁之间;
所述的可更换耗能装置包括开孔H型钢、端板、哑铃型钢板、填充板、约束板;
开孔H型钢的两端分别固定连接竖直的端板,开孔H型钢与端板相互垂直;
所述的开孔H型钢的上、下翼缘分别设有水平的哑铃型钢板;上下一对哑铃型钢板相对的一面为内侧面;
所述的哑铃型钢板中间部分窄、两端宽,哑铃型钢板的两端通过螺栓与预制混凝土梁上下预埋的第一螺纹套筒连接;
哑铃型钢板的中间部分内侧面位于开孔H型钢处,中间部分两边分别填充有填充板,中间部分的外侧面设有约束板,约束板与填充板均通过螺栓固定在开孔H型钢的上、下翼缘上;
预制混凝土梁以及带梁端混凝土柱的梁端中的钢筋端部与第一螺纹套筒螺纹连接,预埋钢板的开孔处与第一螺纹套筒固定连接,将预埋钢板埋置梁端的钢筋端部;预埋钢板与所述的端板固定连接;
带梁端混凝土柱的端部侧面预埋的第三螺纹套筒,上下相邻的带梁端混凝土柱通过第一钢板和螺栓与第三螺纹套筒实现连接;
预制混凝土梁上预埋第二螺纹套筒,空心的楼板上的孔位对应预制混凝土梁上预埋第二螺纹套筒,通过螺栓单向连接。相邻楼板与楼板之间通过第二钢板以及螺栓连接。
本发明技术方案带来的有益效果:
1、本发明具有易于修复、可更换等优点,实现了装配式混凝土框架结构梁柱节点的震后可恢复功能,节省了结构震后修复时间,大大减少了装配式混凝土框架结构地震损失,实现装配式混凝土结构全寿命周期高效益。
2、本发明中焊接工作均在工厂完成,质量可靠,现场各部件间采用全螺栓连接,有利于强震后对可更换耗能构建进行更换,达到了震后快速可更换功能的目的。
3、本发明中柱与柱连接间无需现场浇筑混凝土,保证了该体系的可拆卸性和可更换性。
4、可更换耗能装置由开孔H型钢、端板、约束板、填充板和哑铃型钢板组成,开孔H型钢和预制混凝土梁端部螺栓连接,有利于现场拼装与拆卸更换。采用该连接可保证节点处的弯矩由可更换的哑铃型钢板承担,开孔H型钢仅承担剪力,传力路径明确。
附图说明
图1为本发明梁柱节点示意图;
图2为本发明梁内套筒示意图;
图3为本发明柱与柱间连接示意图;
图4为本发明装配式混凝土梁柱节点体系局部示意图;
图5为本发明装配式混凝土梁柱节点体系整体示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的技术方案。
如图1到图5所示,装配式混凝土框架结构体系,包括带梁端混凝土柱1,预制混凝土梁2,可更换耗能装置,以及预制预应力空心的楼板14。
如图1所示,所述的可更换耗能装置包括开孔H型钢4、端板5、哑铃型钢板6、填充板7、约束板8;如图2所示,先把预制混凝土梁2以及带梁端混凝土柱1的梁端中的钢筋端部与第一螺纹套筒11螺纹连接,再把预埋钢板3的开孔处与第一螺纹套筒11固定连接,将预埋钢板3埋置在预制混凝土梁2以及带梁端混凝土柱1的梁端的钢筋端部;开孔H型钢4的左、右翼缘分别固定连接端板5,所述的端板5再与预埋钢板3固定连接;所述的开孔H型钢4的上、下翼缘分别设有哑铃型钢板6,所述的哑铃型钢板6中间部分窄、两端宽,哑铃型钢板6的两端通过螺栓 10与预制混凝土梁2上下预埋的第一螺纹套筒11连接,哑铃型钢板6的中间部分位于开孔H型钢4处,中间部分两边分别填充有填充板7,中间部分设有约束板8,约束板8与填充板7均通过螺栓9固定在开孔H型钢4的上、下翼缘上。
所述的带梁端混凝土柱1,上下的连接是通过在带梁端混凝土柱1的端部侧面预埋的第三螺纹套筒13,上下柱通过第一钢板14和螺栓与第三螺纹套筒13实现连接;连接方式细部如图3 所示。
所述的预制预应力空心的楼板16,先在预制混凝土梁2上预埋第二螺纹套筒12,楼板16 的上的孔位对应梁上预埋第二螺纹套筒12,直接通过螺栓单向连接。相邻楼板16与楼板16之间通过第二钢板15以及螺栓连接如图4和图5所示。
在完成上述实施过程后,应能体现出本发明以下特点:
所有部件全部采用现场拼接,全螺栓连接。拼装时,带梁端混凝土柱1上下的连接是通过在柱的端部侧面预埋第三螺纹套筒13,上下柱通过钢板和螺栓与第三螺纹套筒13实现连接;
通过高强螺栓完成可更换梁柱连接节点各组成部件间的连接及节点与预制梁、柱构件的拼接,改善了节点因焊接连接受力不合理,存在残余应变的缺点,能够实现装配式混凝土结构构件工厂化生产。
结构在小震作用下处于弹性状态,上下可哑铃型钢板6传递弯矩,开孔H型钢4传递剪力;中震或大震作用下,上下可更换哑铃型钢板6先屈服,产生塑性变形,随后开孔H型钢4也产生塑性变形,变形耗能集中在上下可更换哑铃型钢板6和开孔H型钢4处,结构的塑性损伤发生在可更换耗能装置处,远离结构核心区域及梁端,实现塑性铰外移和损伤、耗能可控;以及实现弯矩和剪力可控,对耗能装置的弯矩和剪切能力进行解耦,达到弯矩和剪力的独立控制。可更换耗能梁柱连接节点的上下可更换哑铃型钢板6和开孔H型钢4均可独立拼装,有利于震损后的可更换性,实现了结构震损后快速恢复结构功能的目标。
还可以通过以下方式替换上述结构或者连接关系:
预埋钢板与端板通过焊接代替高强螺栓连接;
设置其他类型的钢板代替H型钢板;
端板与H型钢连接采用其他形式的连接方式;
内螺纹预埋连接套筒采用不同的材料形式。
楼板采用不同的材料形式。
楼板与梁柱采用不同的连接形式。
以上的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和发明的实用性。
Claims (4)
1.装配式混凝土框架结构体系,其特征在于,包括带梁端混凝土柱(1)、预制混凝土梁(2)、空心的楼板(16),可更换耗能装置;
可更换耗能装置两端固定在带梁端混凝土柱(1)、预制混凝土梁(2)之间;
所述的可更换耗能装置包括开孔H型钢(4)、端板(5)、哑铃型钢板(6)、填充板(7)、约束板(8);
开孔H型钢(4)的两端分别固定连接竖直的端板(5),开孔H型钢(4)与端板(5)相互垂直;
所述的开孔H型钢(4)的上、下翼缘分别设有水平的哑铃型钢板(6);上下一对哑铃型钢板(6)相对的一面为内侧面;
所述的哑铃型钢板(6)中间部分窄、两端宽,哑铃型钢板(6)的两端通过螺栓(10)与预制混凝土梁(2)上下预埋的第一螺纹套筒(11)连接;
哑铃型钢板(6)的中间部分内侧面位于开孔H型钢(4)处,中间部分两边分别填充有填充板(7),中间部分的外侧面设有约束板(8),约束板(8)与填充板(7)均通过螺栓(9)固定在开孔H型钢(4)的上、下翼缘上。
2.根据权利要求1所述的装配式混凝土框架结构体系,其特征在于,还包括预埋钢板(3),预制混凝土梁(2)以及带梁端混凝土柱(1)的梁端中的钢筋端部与第一螺纹套筒(11)螺纹连接,预埋钢板(3)的开孔处与第一螺纹套筒(11)固定连接,将预埋钢板(3)埋置梁端的钢筋端部;预埋钢板(3)与所述的端板(5)固定连接。
3.根据权利要求1所述的装配式混凝土框架结构体系,其特征在于,所述的带梁端混凝土柱(1)的端部侧面预埋的第三螺纹套筒(13),上下相邻的带梁端混凝土柱(1)通过第一钢板(14)和螺栓与第三螺纹套筒(13)实现连接。
4.根据权利要求1所述的装配式混凝土框架结构体系,其特征在于,所述的预制混凝土梁(2)上预埋第二螺纹套筒(12),楼板(16)上的孔位对应预制混凝土梁(2)上预埋第二螺纹套筒(12),通过螺栓单向连接;相邻楼板(16)与楼板(16)之间通过第二钢板(15)以及螺栓连接。
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